液力变矩器的工作原理

时间：2024-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：最后引入液力变矩器的工作原理。此时，传递能量的介质是自动变速器油。此时的电风扇A相当于液力变矩器的泵轮，电风扇B相当于涡轮，导管相当于导轮，空气相当自动变速器油，连接轴相当于锁止离合器。图2-18为带锁止离合器的液力变矩器工作原理示意图。在锁止离合器工作期间，工作液不再流经散热器进行散热。3．涡轮的转速永远达不到泵轮的转速，即液力变矩器的传动效率达不到100%。

任务二　液力变矩器的工作原理

【任务目标】

1．了解液力变矩器中变速器油的环流和涡流的概念。

2．掌握液力耦合器和液力变矩器的工作原理。

3．掌握锁止离合器的工作原理。

【任务分析】

以两个电风扇传动为例，引入耦合器的传动原理。前者是风力传动，后者是液力传动，只是所用传动介质不同。最后引入液力变矩器的工作原理。

【相关理论】

在流体力学理论中，利用液体传递能量的装置有两种：

1．液压传动：利用液体的压力变化来传递能量，如千斤顶、举升器等。

2．液力传动：利用液体动能的变化来传递能量（功率或转矩）的传动。如液力耦合器、液力变矩器等。

一、液力耦合器的工作原理

如图2-8所示,风扇A插上电后旋转，产生的气流吹向B风扇，如果A、B两个风扇距离很近而且叶片风向相反，B风扇在气流作用下将与A风扇同向旋转。此时，传递能量的介质是空气。在液力耦合器中，泵轮相当于风扇A，涡轮相当于风扇B，自动变速器油相当于空气。此时，传递能量的介质是自动变速器油。

如图2-9所示，泵轮（B）与壳体制成一体，通过螺丝与曲轴连接，作为液力耦合器的输入元件。涡轮（W）通过花键与变速器输入轴相连，作为液力耦合器的输出元件。

图2-8　液力耦合器工作原理模拟示意图

图2-9　液力耦合器的工作原理示意图

液力耦合器的工作原理如下：

1．发动机工作时带动泵轮旋转，耦合器中的变速器油在离心力的作用下被泵轮叶片由中心向外高速甩出。

2．工作液在涡轮叶片上释放能量后,沿着叶片流入涡轮中心,然后又被甩出，进行下一个工作循环。

3．泵轮和涡轮中部合在一起组成一个圆形导环，其目的是油液流动平滑，减少内部损失。

二、液力耦合器中的液体流动——涡流和环流

1．涡流。

当泵轮随飞轮转动时，由于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流入泵轮内缘，把这种变速器油从泵轮到涡轮的液体流动叫涡流。可见涡流是在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成的循环流。如图2-10所示。

图2-10　液力耦合器的“涡流”产生示意图

2．环流。

自动变速器油在进行涡流的同时，又绕曲轴中心线旋转，我们把液体绕轴线旋转的流动，称为环流。如图2-11所示。

液力耦合器在工作过程中，两种液流同时进行，当发动机低速旋转时，环流弱。而由于此时泵轮与涡轮的转速差大，涡流强。反之，当发动机转速升高时，环流变强。而由于此时泵轮与涡轮的转速差小，涡流弱。如图2-12所示。

图2-11　液力耦合器的“环流”示意图

图2-12　液力耦合器油液循环流动示意图

三、液力变矩器的工作原理

若在电风扇A与B之间加一个导管，将电风扇B出来的空气引导到A的背面，对电风扇A来说起增益作用，是有利的。如果电风扇B出来的空气引导到A的正面，对电风扇A来说起阻尼作用，是有害的。在导管设置时，可以将电风扇B出来的空气引导到A的背面，起增力作用，导轮的作用就相当于图2-13中的导管。

图2-13　液力变矩器工作原理模拟示意图

图2-14　液力变矩器的结构示意图

如图2-14所示，由于增加了导轮，因此液力变矩器工作时，作用在涡轮上的扭矩（M_W）不仅有泵轮施加给涡轮的扭矩(M_B)，还有导轮的反作用力矩(M_D)，即：M_W＝M_B+M_D。而且液力变矩器的增扭效果与发动机转速有关，当发动机低速旋转时，环流弱，此时泵轮与涡轮的转速差大，涡流强。反之，当发动机转速升高时，环流变强，此时泵轮与涡轮的转速差小，涡流弱。液力变矩器的工作过程如下：

1．当n_W（涡轮转速）=0～0.85 n_B（泵轮转速）时，此时n_B ＞n_W，油液速度V_C流向导轮的正面， M_D>0， M_W＝M_B+M_D，可见M_W> M_B，起增扭作用。

图2-15　液力变矩器的工作原理示意图

（a）Vc冲向导轮正面0≤i<0.85，由于导轮不可逆转，产生反作用力，冲击泵轮，且与泵轮旋转方向相同故增大了扭矩。

（b）Vc冲向导轮正面0.85≤i<0，若导轮被完全固定，同样产生反作用力，冲击泵轮，由于与泵轮旋转方向相反会减小了扭矩，无法满足行车要求。为此导轮需单向固定。

2．当n_W=0.85 n_b 时，油液速度Vc 与导轮叶片相切，M_D= 0，M_W=M_B，为耦合器（液力联轴器）。此转速称为“耦合工作点”。

3．当n_W≈n_B时，油液速度V_C流向导轮的背面，M_D为负值，单向离合器解除锁止，导轮也随泵轮同向顺时针自由旋转，液力变矩器相当于耦合器，不起增力作用。

4．当n_W=n_B时，循环圆内的液体停止流动，停止扭矩的传递。故n_W的增大是有限度的，它与n_B的比值不可能达到1。在液力变矩器的工作原理示意图中V_A为涡流，V_B为环流，V_C为合成流。转速比i=n_W/n_W，一般小于0.9。为提高传动效率，需设锁止离合器。

导轮安装在单向离合器上，单向离合器固定在变矩器壳体上，单向离合器的工作状态有两种：第一，工作时引导工作液的方向，第二，不工作时为打滑状态。如图2-16所示。单向离合器的工作状态取决于变矩器中液流的合成方向，而液流的方向取决于发动机的转速。

图2-16　滚柱式单向离合器的两种工作状态示意图

图2-17　为楔块式单向离合器示意图，其工作原理如下：

当内座圈固定时，外座圈顺时针方向转动楔块不锁止，外座圈可自由转动；当外座圈逆时针转动时，楔块锁止，外座圈不能转动。保持架的作用是使楔块总是朝着锁止外座圈的方向略微倾斜，以加强楔块的锁止功能。

图2-17　楔形式单向离合器的工作原理示意图

四、锁止离合器的工作原理

如图2-8，2-18所示的电风扇的例子中，用空气传递动力总会有能量损失，且电风扇B的转速永远小于A的转速。如果我们将电风扇A与B用一个轴连接在一起，此时电风扇A可直接带动B同速转动，就没有能量损失。

图2-18　带锁止离合器的液力变矩器工作原理示意图

此时的电风扇A相当于液力变矩器的泵轮，电风扇B相当于涡轮，导管相当于导轮，空气相当自动变速器油，连接轴相当于锁止离合器。因此，由于液力变矩器进入中高速以后进入耦合区，导轮的增扭作用消失，液力变矩器变为耦合器工作，涡轮和泵轮之间始终存在4%～5%的转速差，液力变矩器的传动效率永远不可能达到100%。图2-18为带锁止离合器的液力变矩器工作原理示意图。

1．锁止离合器的作用。

锁止离合器就是在变矩器进入耦合区以后直接通过液压控制系统的作用把泵轮和涡轮机械地连在一起，传动效率可达100%。

2．锁止离合器的工作原理。

锁止离合器一般在变速器进入最高挡，变矩器进入耦合工况，车速达到中高速时进行结合。其工作原理如下：

（1）当车辆低速行驶时，自动变速器油由锁止离合器从动盘的前端流入，所以锁止离合器从动盘前端及后端的压力基本相等，使锁止离合器不起作用，分离。此时，变矩器起变速变扭作用。

（2）当车辆高速行驶时，通常是在60km/h左右。信号阀中的滑阀向上移动，使继动阀中的滑阀也向上移动，改变油路，油液从锁止离合器的后端流入，锁止离合器与前盖之间的油液被排出，两面的压力不等，使其向前移动，锁止离合器接合。此时，动力传递路线为：前盖——锁止离合器——变速器输入轴。